工业电视的原理

射线实时成像系统（工业电视）的原理、组成及维护讲解

（主要介绍BSW公司的设备）

（讲解：张斌）

一、射线实时成像检验技术简介

所谓射线实时成像检验技术，是随着成像物体的变化图像能迅速改变的电子学成像方法，即在透照的同时就可观察到所产生的图像的检验方法。这种方法与射线照相检验技术几乎是同时发展的。

早期的射线实时成像检验系统是x射线荧光屏检验系统，它采用荧光屏将X射线照相强度分布转换为可见光图像，50年代左右引入了电视系统，通过电视摄像，在监视器上观察图像。荧光屏图像由于存在图像亮度低、颗粒粗和对比度低的缺点，所以荧光屏图像的细节和灵度都有低于胶片图像，观察这种屏的图像，眼睛需经30分钟的暗适应时间，上述原因限制了这种技术的发展。早期的图像增强器的亮度增益为1200-1500，现代的图像增强器，的亮度增益高达10000以上，并具有良好的分辨率力。70年代以后，其他技术的发展使得射线实时成像检验技术产生了很大改变，主要包括：（可参考书230）

1、改进图像增强器主屏的材料

2、研制了适应高能（可达lOMeV）射线的图像增强器

3、引入数字图像处理技术

4、应用微（小）焦点X射线机，采用投影放大射线照相技术

这些使射线实时成像检验技术取得了明显的进展，在中等厚度范围其照相灵敏度已可接近射线照相水平。

成像检验系统可分为两种基本类型：

1、射线一可见光

2、射线—电子。然后再经过后续的转换过程形成图像信号工业射线实时成像系统一般为第二种

二、工业电视的基本构成（）

1、高压部分组成

1）高压发生器

2）高压电缆

3）X光管

4）高压控制部份（操作装置）

5）X光管保护装置（水冷却器）

2、接收元件组成

1）图像增强器（包括三可变光学镜头、高像素摄像机、铅光栅）

2）接收处理装置（包括显示器、电脑及软件）

3、安全防护组成

1）铅房

2）铅门

3）监视（摄像头、显示器）

4）铅门与高压连锁

4、电控及机械部份组成

1）操作台（所有的电气控控制均在操作台上）

2）探臂及底座

3）图像增强器支架

4）喷标装置

5）运管小车

三、工业电视工作原理（见图1）

1、射线的产生

1）通过高压发生器及控制装置产生到设定高压加至X光管

2）X光管将接收到高压激发阴极灯丝产生电子，撞击阳极靶产生射线

2、显示图像

1）射线穿过工件（钢管壁）照射到图像增强器

2）图像增强将接收到强度发生变化的射线转换成可视图像

3）图像通过三可变光学镜头被摄像机捕抓经过模拟信号传输到显示器转换成可视图像

4）模拟信号同时传输到电脑经模数转换后，可进行降噪、负像、伪彩等功能处理提高图像的对比度，分辨率，同时使影像的灵敏度得到相应的提高。

图1

四、主要原件的结构

1、高压发生器

由高压变压器、灯丝变压器、硅堆、高压电容、高压绝缘油、高压电缆头座等

主要元件组成，采用全波整流线路并设置X射线灯丝变压器

1、高压电缆插座2、高压电缆插座3、限流电阻4、电容5、电容夹件6、放电电阻7、硅堆8、高压发生器9、充放电电阻10、接线柱罩12、灯丝变压器

高压发生器的电路讲解，做为了解的内容

2、高压电缆二个电缆头及几米到十几米的连接线组成，我们现用的二套设备均是20米的进口高压电缆

高压电缆的构造大体可分为以下几部分：

1）保护层：是电缆的最外层

2）金属网层：用铜、钢、锡丝多根编织

3）半导体层：在绝缘层橡胶层外面，外观类似橡胶层，有一定导电功能、为感应电荷提供通道，避免它们之间因存在空气而出现放电造成绝缘层老化。

4）主绝缘层：用来隔离芯线和金属接地网之间的高压。

5）芯线：有三根芯线，用来传送灯丝加热电流。

6）电缆头：电缆的两端的接头。

3、X光管

我们公司设备选用的是COMETMXR-225/0.4-1.5金属陶瓷管，电压225KV,电

流7mA,双焦点（大焦点1.5X1.5mm,小焦点0.4X0.4mm），也是目前国内使用最多的

一种.性能比较稳定.（还有一种进口管，）

4、图像增强器（是射线实时成像检验系统的核心器件之一）

日本东芝6英寸图像增强器（还有一种是汤姆逊也是进口管，现在在上海有一个分厂可以制造）

5、聚焦电极6、输出屏经过图像增强器所得到的可见光图像亮度，比简单的荧光屏图像亮度可提高30倍到10000倍，中心分辨率的典型值为40-60（线对/厘米Lp/cm）

5、三可变、摄像机三可变为一组光学镜头，摄像机为美国产100万像素

6、显示器，电脑及电脑软件逐行扫描进口高分辩率工业用显示器，电脑软件采用大连研发的螺旋焊管工业电视检测专用软件。软件具有对图像降噪、负像、伪彩、可编号存储、打印、刻录等进一步处理的功能，最终可提高图像的对比度、灵敏度

7、铅房、铅门、监视及连锁装置

由于X射线对人体有害，当高压升起时必须要有必要的安全防护。由于铅的线衰减系数很高，一般常用铅做为防护材料，也有用混凝土或混凝土加流酸钡，可降低成本，我们公司采用的是混凝土加铅板的防护方法，同时加装与高压连锁的铅门。还加装有四个摄像头，保证进出钢管的设备及人员安全。

8、机械装置主要作用是保证钢管运送到被检位置，对螺旋管可能略微复杂，对于直缝钢管可能要简单，还可以提高检测速度。

五、设备维护及注意事项

1、X光管的维护（指金属陶瓷管）

新装设备或停用时间超过24小时的设备均需进行使用前训机

KV

时间/分

KV

时间/分

100

5

170

5

120

5

180

5

130

5

190

5

140

5

200

5

150

5

210

5

160

5

220

5

对于你们将来使用的机器要用到300KV，训机过程中必须保证工作与休息时间按1：1训机的必要性

训机的目的是排除空气，提高真空度，如果不认真训机，真空度不足，会影响电子发射，减少管电流，也可能严重放电，造成管电流突增。训机时可关察管电流的变化，如果管电流变化很大，需停机重新开始训机，如多次如此，可能管子性能下降或不能使用。

现在一般设备都有自动训机程序，当停机时间超过规定时间后，开机后会自动进入训机状态。

2、高压电缆头的维护应该至少每半年进行一次，如果工作环境潮湿最好一季度一次

维护方法：1）取下高压发生器及X光管端电缆头，检查是否有爬电现象，2）对电缆头及电缆头座使用酒精清理干净，主要是座腔内必须认真清理，保证不能留有灰尘在里边，如果有灰尘，当升高压时会发生放电现象，造成接头爬电，严重时可能导致高压发生器电容及整流装置击损。或者X光管灯丝及真空受损二个设备均是主要元件，价格很高。

3）涂抹硅脂，一种高绝缘物质，硅脂要涂抹均匀，

6）将电缆头紧固到原位，紧固后必须保证三个接点接上，如果电缆头固定座被调整过，可以采用测量深度法调整固定座。

7）连接后，在升高压前首先测量高压发生器电路灯丝电压是否为规定值，如果是维护完成。

3、水冷却器的维护

水冷却器是保护X光管的主要设备，应至少每月维护一次，由于主要是为X光管的阳极冷却，也就是带走X光管的99%的能量。因为只有1%的能量转换成射线。维护方法：将水箱中水彻底放净，将管路及箱体冲洗干净，然后装入蒸馏水或纯净水，

重要性：不及时清理，容易造成水路不畅，阳极降温不足，轻者报过温故障，严重时容易使X光管过热烧坏。

4、其它维护

为了能使X光设备正常运行，维护是很重要的一项工作，以上谈的三点是主件的维护，其它辅助元件的维护也很重要，不能忽视。

定期检查机械部分的润滑，清理调压器表面的积碳，清理电气元件上的灰尘等

六、工业电视的图像和性能

1、影响图像清晰度的因素主要是几何不清晰度和屏的固有不清晰度在应用中一般采用放大透照布置，在成像平面得到的缺陷图像将产生一定程度的放大，放大程度决定于所选用的射线源与工件的距离和射线源与成像面的距离。

定义放大倍数M=F/ff为源到工件距离F为源到增强器的距离

则可导出几何不清晰度Ug=df（M-1）

可见，几何不清晰度除了相关于焦点尺寸，还相关于所选用的放大倍数。总的不清晰度由几何不清晰度和屏的固有不清晰度决定，还要考虑运动不清晰度所以由于以上因素影响，常常可以达到较高的对比度，但不能达到较好的清晰度射线实时成像检验系统图像质量的主要指标是空间分辨力（简称为分辨力、分辨率）和对比度灵敏度。它也是射击线实时成像检验系统综合性能的主要指标。

2、图像的分辨力

分辨力是分析任何成像方法、成像系统和得到的图像经常使用的概念，它表示成像系统所得到图像识别细节的能力。一般采用双丝像质计或线对测试卡，测定射线实时成像检验系统或其图像的空间分辨力。

采用线对测试卡测定空间分力时，分力值用线对/毫米或线对/厘米现在的设备经测试可达到35线对/厘米，标准要求为大于15线对/厘米

3、图像的对比度灵敏度

对比度灵敏度指沿射线束方向能发现缺陷的最小尺寸。通常表示为射线束在材料中穿过路径长度的百分数。

C=R/T+SX100%

式中：T对比度灵敏度测度块的厚度

R平底方孔深度

S垫块厚度

4、射线实时成像检验系统性能的鉴定

鉴定包括初始鉴定和使用中的定期鉴定，常规一般在设备按装时鉴定设备在使用中应使用一种标准化的射线照相用像质计进行灵敏度测量，测量应对所检物体的最小厚度、最大厚度和未经处理的图像和经处理的图像进行。也就是指在降噪后和降噪前均应进行。

七、使用操作辅件及相关事项

1、线对测试卡或双丝像质计主要是测定空间分辨力，线对测卡的典型样式（见附图），它由高密度材料（常用铅箔）的栅条和间距形成占空比为1：1的线对力图样，密封在低密度材料（常用透明塑料薄板）中构成，塑料厚度约1mm,铅箔厚度等于最窄栅条的宽度，线对卡使用方便，可直接读出分辨力值。

一般很少用双丝像质计，这里不做介绍

3瑟PbO.O5mm

Nr91237Lp/mm

2、像质计像质计是工业电视检测常用工具，主要是测定动态和静态灵敏度。根据API5L及国内外相关标准规定，在每班工作前必须测定灵敏度，表明射线透照检验是在适当条件下进行的，但像质计的指示数值并不等于被检焊缝中可以发现的自然缺陷的实际尺寸，因为自然缺陷的几何形状、吸收系数和三维位置的综合函数。

1）金属丝像质计金属丝像质计按金属丝的直径变化规律，分为等差数列、等比数列、等径、单丝等几种型式，

我们使用的为等比数列像质计的线径比为10V10

执行标准GB/T5816、ISO2504

I

(1/7)

线号

1

2

3

4

5

6

7

线径

3.2

2.5

2.0

1.6

1.25

1.0

0.8

II

线号

6

7

8

9

10

11

12

(6/12)

线径

1.0

0.8

0.63

0.5

0.4

0.32

0.25

III

线号

10

11

12

13

14

15

16

(10/16)

线径

0.4

0.32

0.25

0.2

0.16

0.125

0.1

像质计的线径d与线号z（像质指数）之间有如下关系式:

d=106-z/10

z=6-10lgd

金属丝像质计的相对灵敏度按下式计算:

S=Dmin/TX100%

Dmin图像上可识别的最小丝径

T透照厚度

2）孔型像质计

孔型像质计是在一定材质,一定厚度的板材上钻一定尺寸的小孔制成,使用方法不同,结果表示方法基本相式,也是百分比

3）像质计的摆放

不管何种类型的像质计,摆放位置会直接影响像质计灵敏度的指示值,一般要求

放在射线透照区内显示灵敏度较低部位,但在工业电视检测不存在较低部位,因为可随时调正,对于焊缝检测要求将像质计放在被检焊缝射源一侧,并使金属丝横贯焊